自動換刀機械手的設(shè)計

PAGEPAGE482009屆畢業(yè)設(shè)計自動換刀機械手的設(shè)計姓名：指導(dǎo)教師：院系：專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：學(xué)制：完成時間：自動換刀機械手的設(shè)計摘要加工中心在加工中用得很廣泛，加工中心利用刀庫實現(xiàn)換刀，這是目前加工中心大量使用的換刀方式。而自動換刀裝置是加工中心的重要組成部分之一，它的功能的好壞，關(guān)系到整個加工中心的功能。自動換刀裝置可分為五種基本形式，即轉(zhuǎn)塔式、180回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)插人式、二軸轉(zhuǎn)動式和主軸直接式。刀庫換刀，按照換刀過程有無機械手參與，分成有機械手換刀和無機械手換刀兩種情況。在有機械手換刀的過程中，使用一個機械手將加工完畢的刀具從主軸中拔出，與此同時，另一機械手將在刀庫中待命的刀具從刀庫拔出，然后兩者交換位置．完成換刀過程．無機械手換刀時，刀庫中刀具存放方向與主軸平行，刀具放在主軸可到達(dá)位置換刀時，主軸箱移到刀庫換刀位置上方，利用主軸Z向運動將加工用畢刀具插人刀庫中要求的空位處，然后刀庫中待換刀具轉(zhuǎn)到待命位置．主軸Z向運動將待用刀具從刀庫中取出，并將刀具插人主軸。[關(guān)鍵詞]：加工中心自動換刀裝置刀庫機械手

Abstract[abstract]Machiningcenterintheincreasinglywideuseoftheprocessing,whichiscurrentlyusedbylargeprocessingcenterblade.Andtheautomaticbladechangerdevicesisanimportantcomponentofmachiningcenter。Itsfunctionisgoodorbad,onthewholeprocessingmachiningcenterfunctions。Automaticbladedevicescanbedividedintofivebasicforms.NamelytoTower,180turnaround-type,rotationplantingone-,two-andthemainaxisofrotationaxisdirect.Exchangecutleryinthetoolsstorehouse,accordingtotheavailabilityofprocessmachinerybladeinhand,intoamechanicalhandbladeandnon-bladetwomechanicalhands.Inamechanicalhandexchangecutlery，thosewillbecompletedusingamechanicalhand,thecutleryoutfromthemainaxis.Atthesametime,anothermechanicalhandtakecutleryfromtoolsstorehouse,andthenthetwoexchangelocations.Thewholeprocessiscompleted。Ifthemechanicalhandbladedonotjoinintheprocess,cutlerystoragedirectionwiththemainaxisparallel.whencutleryarriveatthelocationwhichthethemainaxiscanreach,themainaxisoftheknifebladeboxtothelocationabove。Zaxismovementwillbeusedtocompletetheprocessingbycutleryinsertedinthespacerequiredbydepartment,andthenforcutleryknifetobetransferredtothestandbydatabaselocation.Zaxismovementwillreturntoremovethecutleryfromtoolsstorehouseandinsertedintothemainaxis.[Keyword]:machiningcenterautomaticbladechangerdevicestoolsstorehousemanipulator

目錄TOC\o"1-3"\h\z摘要 2前言 5第一章 緒論 61.1 加工中心簡介 61.1.1 加工中心的發(fā)展史 61.1.2 加工中心的優(yōu)點 61.1.3 加工中心的發(fā)展動向 61.2 自動換刀裝置的簡介 71.2.1 自動交換刀具的由來 71.2.2 自動換刀的形式 71.2.3 刀庫的功能和形式 81.2.4 刀套準(zhǔn)停措施 10第二章 機械手的設(shè)計 122.1機械手的原理 122.2設(shè)計方向 132.3概要 142.3.1．機械手的組成與分類 142.3.2.機械手的手部 142.4機械手手部的設(shè)計 152.5機械手其它零件以及尺寸的確定 192.5.1.螺栓的確定 192.5.2.其它尺寸的確定 202.5.3軸與機械手配合部分的直徑的確定 212.5.4液壓泵的選擇 22第三章驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計 233.1轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設(shè)計 233.1.1．機械手轉(zhuǎn)過75度的驅(qū)動機構(gòu) 243.1.2.機械手轉(zhuǎn)過180度的驅(qū)動機構(gòu) 283.2驅(qū)動機構(gòu)其它零件的設(shè)計 313.2.1.液壓缸的選擇 313.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 323.3.1.擬定軸上零件的裝配方案 323.3.2.確定軸的各段直徑與長度 333.4主軸的自動夾緊機構(gòu)以及主軸準(zhǔn)停裝置的設(shè)計 343.4.1 主軸結(jié)構(gòu) 343.4.2 刀具的自動夾緊機構(gòu) 343.4.3 主軸準(zhǔn)停裝置 343.5換刀裝置的液壓機構(gòu)分析 353.5.1 液壓分析 353.5.2 換刀動作順序表 37第四章 PLC控制分析 39小結(jié) 43參考文獻(xiàn) 44附譯文 45前言加工中心的自動換刀裝置（機械手），是加工中心的重要組成部分之一，我做的這個畢業(yè)設(shè)計就是關(guān)于這方面的問題。我的設(shè)計任務(wù)是：對加工中心自動換刀機械手進(jìn)行設(shè)計。它主要包括以下幾方面的內(nèi)容：機械部分的設(shè)計液壓部分的設(shè)計自動控制方面的設(shè)計（PLC）這個自動換刀裝置是針對JCS--018的，通過對實驗室中這臺機床的研究以及查閱相關(guān)資料。在老師的指導(dǎo)下，我很快就有了一個明確的思路。我的思路如下：首先，對機械手部分進(jìn)行設(shè)計，接下來是液壓部分，最后是PLC方面。這個機械手只有2個方向的自由度，既：Z軸方向的轉(zhuǎn)動一移動，通過這2個自由度，我可以完成整個換刀的操作。其中轉(zhuǎn)動是用來交換刀具的位置，進(jìn)而為拔刀與插刀做準(zhǔn)備。而移動是用來完成拔刀與插刀的動作的。就是說整個運動過程如下：機械手轉(zhuǎn)到指定的位置，然后在一系列的控制之下交換刀具以及插拔刀具。而我這個設(shè)計與實驗室中的那臺加工中心的自動換刀裝置有一些區(qū)別，就是實驗室中那臺加工中心的自動換刀裝置采用的是氣壓控制，而我在這個設(shè)計中采用的是液壓控制。在我這個設(shè)計中，我遇到了一些問題，就是力不好確定，以及許多尺寸不容易準(zhǔn)確的確定下來，我采用了一個很笨的方法，就是直接對JCS--01那臺加工中心一些部件的尺寸進(jìn)行直接的測量，才得出來，我所要的尺寸。通過這個設(shè)計中，我對自己的知識有了很明確的認(rèn)識，看到了自己的許多缺點，對自己起到了一個查漏補缺的作用。同時，我得到了程老師的很多指導(dǎo)，如果不是程老師的話，我根本不知道從那里入手。在做論文的過程中，我出了很多錯誤，因為這，得到及時的更正。謝謝老師。從這次做畢業(yè)設(shè)計中，我對CAD有了很大的認(rèn)識，以后，我對再復(fù)雜的圖，都不會有恐懼感，在液壓方面也溫習(xí)了以前學(xué)到的知識。雖然這樣，我做的這個畢業(yè)設(shè)計，肯定還有很多的錯誤，希望老師們指正。第一章 緒論1.1 加工中心簡介1.1.1 加工中心的發(fā)展史加工中心的發(fā)展已有50年歷史，自從1952年世界上出現(xiàn)第一臺上數(shù)控機床后，使多品種、中小批量的機械加工設(shè)備在柔性、自動化和效率上產(chǎn)生了巨大變革。它用易于修改的數(shù)控加工程序進(jìn)行控制，因而比大批量生產(chǎn)中使用組合機床生產(chǎn)線的凸輪、開關(guān)控制的專用機床有更大的柔性，容易適應(yīng)加工關(guān)鍵品種的變化，進(jìn)行多品種加工。所謂加工中心，普遍上指在工件一次裝卡中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等多工序的數(shù)控機床。更為明確的說法是：加工中心就是自動換刀數(shù)控鏜銑床?，F(xiàn)代加工中心的內(nèi)容包括：①它是在數(shù)控鏜床或數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上增加自動換刀裝置，可使工件在一次裝卡中，能夠自動更換刀具，自動完成工件上的銑削、鉆孔、鏜孔、鉸孔、攻絲等工序的數(shù)控機床。②加工中心上如果帶有自動分度回轉(zhuǎn)工作臺或自動轉(zhuǎn)角度的主軸箱，可使工件在一次裝卡中，自動完成多個平面和多個角度位置的多工序加工。③加工中心上如果帶有交換工作臺，工件在工作位置的工作臺上進(jìn)行加工的同時，另外的工件在裝卸為止的工作臺上進(jìn)行裝卸，不影響加工的進(jìn)行。1.1.2 加工中心的優(yōu)點加工中心的優(yōu)點很多，主要有以下幾點：①提高加工質(zhì)量工件一次裝夾，即可實現(xiàn)多工序集中加工，大大減少多次裝夾所帶來的誤差。而且，由于是數(shù)控加工，較少依賴操作者的技術(shù)水平，可得到相當(dāng)高的穩(wěn)定精度。②縮短加工準(zhǔn)備時間③減少在制品④減少刀具費用⑤最少的直接勞務(wù)費⑥最少的間接勞務(wù)費⑦設(shè)備利用率高加工中心設(shè)備利用率為通用機床的幾倍。另外，由于工序集中，容易適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)。1.1.3 加工中心的發(fā)展動向總的來說，加工中心是向高速化、進(jìn)一步提高精度和愈發(fā)完善的方向發(fā)展。1.高速化加工中心的高速化，是指主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、自動換刀和自動交換工作臺的高速化。2.進(jìn)一步提高精度加工中心的主要精度指標(biāo)是它的運動精度指標(biāo)。而運動精度主要以坐標(biāo)定位精度、重復(fù)定位精度以及銑圓精度來表示。1.2 自動換刀裝置的簡介1.2.1 自動交換刀具的由來自動交換刀具系統(tǒng)（AutomaticToolChanger簡稱ATC）系統(tǒng)是由刀庫、機械手及相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。具有鉆、鏜、銑功能的數(shù)控、銑床，一般刀具都安裝在機床的主軸上，工件安裝于工作臺上。為了使工序能夠高度集中，盡量節(jié)省輔助時間，于是在數(shù)控銑床上增加自動交換刀具系統(tǒng)（含刀庫、機械手及其控制）便形成了加工中心（MC）。初期曾采用轉(zhuǎn)塔頭式的換刀方式，它的電動機、變速箱、轉(zhuǎn)塔頭做成一體，結(jié)構(gòu)緊湊：但變速箱工作時的振動和熱量都直接傳到轉(zhuǎn)塔上來，而且每把刀都需要一個主軸所以它的刀具數(shù)量、尺寸、結(jié)構(gòu)都受到很多限制。采用單獨存儲刀具的刀庫，刀具數(shù)量可以增多，以滿足加工復(fù)雜零件的需要，這時的加工中心只需一個夾持刀具進(jìn)行切削的主軸，所以制造難度也比轉(zhuǎn)塔刀架低。1.2.2 自動換刀的形式（1）無機械手的換刀方式[2]小型加工中心有采用無機械手換刀的方式，如圖1-1。它的刀庫在立柱的正前方上部，刀庫中刀具的存放方向與主軸方向一致。換刀時主軸箱帶著主軸在立柱導(dǎo)軌上上升至換刀位置，主軸上的刀具正好進(jìn)入刀庫的某一個刀具存放位置，隨即主軸內(nèi)夾刀機構(gòu)松開，主軸刀庫順著主軸方向向前移動，從主軸中拔出刀具，然后刀庫回轉(zhuǎn)，將下一步所需的刀具轉(zhuǎn)到與主軸對齊的位置；刀庫退回，將新刀具插入主軸中刀具隨即被夾緊，主軸箱下移，開始新的加工。這種自動換刀系統(tǒng)，刀庫整體前后移動不僅刀具數(shù)量少，而且刀具尺寸也較小。這種刀庫旋轉(zhuǎn)是在工步之間進(jìn)行的，即旋轉(zhuǎn)所需的輔助時間與加工時間不重合。（2）機械手的換刀方式這是加工中心普遍采用的一種方式。它的種類很多，可分為單臂單手式機械手、回轉(zhuǎn)式單臂雙手機械手、雙手式機械手、多手式機械手四類。①單臂單手式機械手包括機械手只作往復(fù)直線運動的機械手和只作往復(fù)擺動的機械手。前者用于刀具主軸與刀庫刀座的軸線平行的場合。它的特點是機械手的插、拔刀運動和傳遞刀具的運動都是直線運動，因而無回轉(zhuǎn)運動所產(chǎn)生的離心力，所以機械手的握刀部分可以比較簡單，只需兩個彈簧卡銷卡住刀柄。而后者，如果是機械手?jǐn)[動軸線與刀具主軸平行，它主要用于刀庫換刀位置的刀座的軸線與主軸軸線相平行的場合。如果是機械手?jǐn)[動軸線與刀具主軸垂直，它用于刀庫換刀位置的刀座和軸線相垂直的場合。總之，這種單臂單手式機械手結(jié)構(gòu)簡單。在轉(zhuǎn)塔頭帶刀庫的換刀系統(tǒng)中，不與主軸的換刀時間重合，故可用這類機械手。它也可在刀庫與主軸頭上的換刀機械手之間傳遞刀具。但是，這類機械手換刀動作均需順序進(jìn)行，時間不能重合，從而換刀時間較長。圖1-1無機械手的換刀順序②回轉(zhuǎn)式單臂雙手式機械手包括兩手部成180゜和兩手部不成180゜兩種。兩手部成180゜的又可分為固定式雙手、可伸縮式雙手和剪式雙手三類。這類機械手可以同時抓住和拔、插位于主軸和刀庫里的刀具，與單臂單手式機械手相比，可以縮短換刀時間。③雙手式機械手可分為機械化只作往復(fù)直線運動的機械手和有回轉(zhuǎn)運動的機械手兩大類。前者包括雙手平行式和雙手交叉式，這種機械手適用于容量較大的、距主軸較遠(yuǎn)的，特別是分置式的刀庫的換刀。機械手有回轉(zhuǎn)運動的，在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角為180゜，可用于刀庫距主軸較遠(yuǎn)者；在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角為90゜，適用于刀庫距主軸較近者；在主軸處換刀時轉(zhuǎn)角<90，適用于刀庫距主軸較近者。④多手式機械手使用較少。它是由機械手把刀庫上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具反送到刀庫上。1.2.3 刀庫的功能和形式刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并且按程序指令，把即將要用的刀具正確地送到換刀位置，并接受從主軸送來的已用刀具。設(shè)計刀庫時，應(yīng)考慮下列因素：①存刀數(shù)②刀具最大直徑③刀具最大長度④刀具最大重量⑤刀庫安置空間⑥刀具最大運動線速度⑦刀庫工作的可靠性（即不能掉刀，各刀具能準(zhǔn)確停在換刀位置上）。刀庫種類很多,圖2-1所示僅僅是其中典型的幾種。(1)結(jié)構(gòu)形式分類1）轉(zhuǎn)塔式刀庫如圖2-1a所示，用于小型加工中心。轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位方式有二：其一為借助機械方式轉(zhuǎn)位，此種方式的選刀，均為順序選擇刀具：其二為由伺服電機驅(qū)動轉(zhuǎn)位，此種刀庫可以實現(xiàn)任選刀具方式。2）圓盤式刀庫如圖1-2b、c、d所示臥式，立式加工中心均可采用。圓盤式（側(cè)掛型）一般是掛在立式加工中心的立柱頂上。圓盤型（頂端型）二亦有刀具傾斜朝上，通過轉(zhuǎn)換機構(gòu)放平后，由機械手換刀。3）鏈?zhǔn)降稁烊鐖D1-2e所示，這種刀庫是目前用得最多的一種形式。由一個主動鏈輪，帶動裝有刀套的鏈條。4）格子式刀庫如圖1-2f（2）按設(shè)置部位分類1）設(shè)置在機床上的刀庫下圖a、b、c、d所示圓盤式、轉(zhuǎn)塔式以及部分鏈?zhǔn)健?）落地式刀庫有圖1-2e、f所示的，鏈?zhǔn)降囊徊糠趾透褡邮降稁?，均獨立于主機，裝在地面上。這種方式，因為刀庫重量是由地基承受，且不把刀庫運轉(zhuǎn)中的振動傳給主機，故對加工精度有利。但最初安裝調(diào)試比較麻煩。圖1-3刀庫的各種類型1.2.4 刀套準(zhǔn)停措施如果刀套不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上。將會使刀機械手抓刀不準(zhǔn)，以致在換刀時容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此，刀套的準(zhǔn)停問題，將是影響換刀動作可靠性的重要因素之一。為了確保刀套準(zhǔn)確地停在換刀位置上，需要采取如下措施：1）定位盤準(zhǔn)停方式——由液壓油缸推動的定位銷，插入定位盤的定位糟內(nèi)，以實現(xiàn)刀套的準(zhǔn)停。定位盤上的每個定位糟（或定位孔），都對應(yīng)于一個相應(yīng)的刀套，而且定位糟（或定位孔）的節(jié)距要一致。這種準(zhǔn)停方式的優(yōu)點是：①能有效地消除傳動鏈反向間隙的影響。②保護傳動鏈，使其免受換刀撞擊力。③驅(qū)動電機可不用制動自鎖裝置。2）圓盤式刀庫宜采用單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動。此外還應(yīng)盡可能提高刀套在圓盤上沿圓周安裝的等分精度和徑向位置精度。刀套需要翻轉(zhuǎn)的刀庫，還要保證每個刀套翻轉(zhuǎn)的角度一致。3）盡量減小刀套孔徑和軸向尺寸的分散度，以保證刀柄糟在換刀位置上的軸向位置精度。4）要消除反向間隙的影響。刀庫驅(qū)動傳動鏈，必然會有傳動間隙，且這種間隙還隨機械磨損而增大，這將影響刀套準(zhǔn)停精度。而對有定位盤的刀庫來說，過大的間隙會影響定位盤的正常工作，因此都必須設(shè)法消除反向間隙，其方法有以下幾種：①電氣系統(tǒng)自動補償方式。其原理同伺服進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的“反向間隙補償”一樣，這種方式能保證雙向任意選刀和雙向準(zhǔn)停。②在鏈輪軸上裝編碼器，對鏈輪傳動進(jìn)行補償?shù)姆椒▽崿F(xiàn)準(zhǔn)停。③單頭雙導(dǎo)程蝸桿傳動方式。這種傳動方式，通過調(diào)節(jié)蝸桿的軸向位置，把傳動間隙調(diào)到理想程度。在這種傳動方式中，如果加用定位銷準(zhǔn)停方式，就容易出現(xiàn)“過定位”現(xiàn)象。④使刀套單方向運行、單方向定位方式。這是消除反向間隙影響的一個“笨方法”。這時，刀庫單向運行方向，必須與機械手抓刀方法相反，否則機械手抓刀時，會使刀套“挪位”。這種運行方式雖然能夠消除傳動間隙的影響，但卻增加了選刀時間。因次這種方式已很少用，一般只用于小容量刀庫或順序選刀的刀庫上。⑤使刀套雙向運行，單向定位方式。這種方式可進(jìn)行任意方向選刀，但當(dāng)?shù)短走x刀方向與設(shè)定的定位方向相反時，要讓刀套在選刀方向上多轉(zhuǎn)過一個刀套位，然后再向設(shè)定定位方向運轉(zhuǎn)一個刀套位進(jìn)行定位，以次來消除反向間隙的影響，這種方式中的刀套定位運行方向，必須與機械手抓刀時的運動方向相反，以避免機械手抓刀時刀套“挪位”。這種運行方式，目前仍有使用實例。第二章 機械手的設(shè)計2.1機械手的原理如圖所示，換刀過程如下：1.刀套（刀具）繞90度2.機械手回轉(zhuǎn)75度3.機械手夾緊刀具4．主軸刀具夾緊機構(gòu)松開5.拔刀6.機械手回轉(zhuǎn)180度7.刀臂（機械手）上升放刀8.夾緊刀具9．機械手反向回轉(zhuǎn)75度回到原位10．刀套向上轉(zhuǎn)90度圖2-1機械手的機械結(jié)構(gòu)下面，我具體介紹一下各個運動所需要的條件1..刀套（刀具）繞90度當(dāng)?shù)稁熘械挠透咨隙送ㄈ雺毫τ蜁r，活塞連桿向下運動，帶動拔叉刀套轉(zhuǎn)過90度。2.機械手回轉(zhuǎn)75度機械手的運動是由機械手的手臂來帶動運動的，所以要使機械手轉(zhuǎn)過75度，就是機械手的手臂回轉(zhuǎn)75度。如圖所示，機械手的手臂通過連桿與驅(qū)動機構(gòu)連接在一起。為了完成這個運動。我采用了齒輪齒條機構(gòu)來實現(xiàn)。首先，液壓缸的前腔充入一定數(shù)量的壓力油，使連在活塞桿上的齒條向前運動。通過齒輪齒條機構(gòu)的運動，帶動齒輪轉(zhuǎn)動，通過活動盤以及連桿帶動機械手回轉(zhuǎn)75度。3.機械手夾緊刀具當(dāng)機械手開始接觸到刀具時，鎖緊銷被彈簧彈起，使活動銷被鎖住，不能運動，這就使在固定爪與活動銷的配合下，刀具被抓緊。4．主軸刀具夾緊機構(gòu)松開主軸內(nèi)部和后端安裝的是刀具自動夾緊機構(gòu)。它主要由拉桿、拉桿端部的四個鋼球、蝶形彈簧、活塞、液壓缸等組成。機床執(zhí)行換刀指令，機械手要從主軸拔刀時，主軸需松開刀具。這時液壓缸上腔通壓力油，活塞推動拉桿向下移動，使碟形彈簧壓縮，鋼球進(jìn)入主軸錐孔上端的糟內(nèi)、刀柄尾部的拉釘（拉緊刀具用）被松開，機械手即可拔刀。5．拔刀當(dāng)主軸的刀具自動夾緊機構(gòu)松開，連桿最上面的液壓缸（使連桿上下運動的液壓缸）的上端通入壓力油，使活塞桿向下運動，通過轉(zhuǎn)動盤與連桿使機械手向下運動，這就實現(xiàn)了拔刀。6．機械手回轉(zhuǎn)180度這個過程是為了交換2把刀具的位置，運動是如下實現(xiàn)的：配置在最下面的液壓缸，齒條以及齒輪與連桿來實現(xiàn)的。當(dāng)發(fā)出交換刀具的命令時，液壓缸的前腔充入壓力油，從而帶動空套在連桿上的齒條運動，齒輪齒條的運動帶動機械手回轉(zhuǎn)180度，實現(xiàn)交換刀具的這個功能。7.刀臂（機械手）上升放刀這個動作與機械手拔刀差不多。不過明顯的區(qū)別就是液壓缸的下腔通入壓力油，使活塞桿向上運動，從而把刀具放在準(zhǔn)確的位置。8.夾緊刀具當(dāng)機械手將一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在彈簧的恢復(fù)力的作用下，使拉桿、鋼球和活塞退回，使彈簧通過拉桿和鋼球拉緊刀柄尾部的拉釘，使刀具夾緊。9．機械手反向回轉(zhuǎn)75度回到原位液壓缸的后腔通人壓力油，齒條向前運動帶動齒輪運動，從而使機械手反向轉(zhuǎn)過75度。10．刀套向上轉(zhuǎn)90度位置開關(guān)發(fā)出信號，刀套帶著刀具向上翻轉(zhuǎn)90°，為下一次選刀做準(zhǔn)備。2.2設(shè)計方向上一節(jié)弄清楚了機械手換刀的基本原理，下面我就要對機械手的設(shè)計方向做一下大概的定義。首先我們了解到機械手是由以下機構(gòu)組成的：機械手驅(qū)動機構(gòu)主軸上的自動夾緊機構(gòu)其中機械手部分主要的作用是對刀具實行夾緊作用，并通過驅(qū)動機構(gòu)的作用來實現(xiàn)刀具交換位置以及插拔刀具。而驅(qū)動機構(gòu)是實現(xiàn)一系列運動來驅(qū)動機械手的運動，從而完成預(yù)定的功能，它的正確與否關(guān)系到整個功能實現(xiàn)。主軸上的自動夾緊機構(gòu)，只是對來到主軸上的刀具進(jìn)行夾緊與放松。所以，我們只要對以上三個部分進(jìn)行設(shè)計就可以了即：對機械手進(jìn)行設(shè)計對驅(qū)動機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計對主軸上的自動夾緊機構(gòu)進(jìn)行設(shè)計2.3概要2.3.1．機械手的組成與分類機械手是一種模仿人手部動作，按照預(yù)先設(shè)定的程序、軌跡和其它要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操縱刀具的自動化裝置，在本設(shè)計中，機械手的功能是夾刀具以及自動換刀。為了實現(xiàn)抓刀具的功能，機械手需要相應(yīng)的手指部分以及使刀具被抓緊的輔助裝置，為惡劣實現(xiàn)自動換刀，需要設(shè)計一些交換刀具的功能，這就需要一些驅(qū)動機構(gòu)，另外，為了控制這些機械手安照我們預(yù)定的方案運動，這就需要一些控制系統(tǒng)，做最后需要的是動力源，我們這里主要采用液壓。機械手的組成：執(zhí)行機構(gòu)控制系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)動力機構(gòu)在這個設(shè)計中，我們用液壓做為動力源，用驅(qū)動機構(gòu)控制機械手交換刀具的位置，用執(zhí)行機構(gòu)來夾刀具。所以這個機械手具有2個自由度，一個移動一個轉(zhuǎn)動。2.3.2.機械手的手部機械手的手部是用來抓刀具的部件，手部抓刀具的準(zhǔn)確程度將直接影響到機械手的工作性能，它是機械手的關(guān)鍵部件之一。根據(jù)機械手所夾刀具的形狀、尺寸、重量、材料和表面狀況的不同，手部具有多種的結(jié)構(gòu)形式，一般手部抓工件的方式可分為手指式、吸盤式以及特殊式。手指式手部是以手指的張開和關(guān)閉來實現(xiàn)夾刀具以及工件的。它對抓取各種形狀的工件具有較大的適應(yīng)性。故應(yīng)用較廣。一般手指式的手部具有2指、3指以及多指。吸盤式手部是利用吸力來吸取工件的，一般有空氣負(fù)壓吸盤與電磁吸盤2種?？諝庳?fù)壓吸盤適用于表面光滑的板材或曲線形狀的零件。而電磁吸盤適用與磁性材料的板材或盤類零件。特殊式手部是為了提高夾工具的能力和在特殊的條件下使用的。2.4機械手手部的設(shè)計1.由于機械手的手部結(jié)構(gòu)多種多樣，在選用時，應(yīng)根據(jù)具體情況來分析，之后才選擇使用。在我這個設(shè)計中，機械手是用于加工中心的自動換刀裝置中，因為是換刀，必須是二把刀具以及二把以上的刀具交換位置，當(dāng)然，一般是2把刀具交換位置。我這里的設(shè)計也是如此。二把刀具交換位置就需要2個機械手的手部。在我這個設(shè)計中就采用了2個手部（一個機械手，二個手部）。2.在設(shè)計中應(yīng)該注意的問題：1）手指應(yīng)該有足夠的夾緊力為了使手指牢靠的夾緊工件，除想到抓刀具的重力外，還要想到，刀具在傳遞過程中產(chǎn)生的動載荷2）手指應(yīng)用在一定的開閉范圍，其大小不僅與工件的尺寸有關(guān)，而且須想到手部接近刀具的運動路線以及方位的影響3）應(yīng)能保證工件在手指內(nèi)準(zhǔn)確定位4）結(jié)構(gòu)盡量緊湊、重量輕綜合上述，我選擇使用下面所使用的機械手手部。選擇理由如下：1）通過調(diào)節(jié)活動銷的位置，就可以調(diào)節(jié)夾緊力的大小，只要活動銷的強度在一定的范圍內(nèi)就可以了2）為了抓緊不同類型的刀具機械手的手部就必須要有對不同半徑的刀具具有抓緊的功能，通過調(diào)節(jié)活動銷的位置，就可以調(diào)節(jié)手部，使手部能抓緊在定范圍內(nèi)的刀具3）這個手部全是機械裝置，在抓刀具的時候，不需要外加其它的動力源。工作原理如下：當(dāng)手臂處于換刀位置的75度時，鎖緊銷被檔塊壓下，活動銷就可以活動了，使得機械手可以抓?。ɑ蚍砰_）主軸或刀套中的刀具，刀具被彈簧的活動銷頂靠在固定爪中，鎖緊銷被彈簧彈起，使活動銷被鎖緊，不能后退，這就保證了在機械手運動的過程中，手爪中的刀具不會被甩出。3.彈簧的選取由于在JCS--018中，18把刀具中最大的直徑為100mm，所以我設(shè)計的手爪為100mm，這就需要通過調(diào)節(jié)活動銷的行程來實現(xiàn)夾刀具的。通過計算得出，活動銷的行程應(yīng)大于L=26.5mm，這就需要彈簧的壓縮量最少都要為26.5mm，這里我們選擇的壓縮量可以為30mm彈簧。我們將活動銷的頂點距手爪中心的距離為對直徑為100mm的刀具來說彈簧對刀具的夾緊力為彈簧的反力（根據(jù)作用力與反作用力的原理）所以夾緊力為：P=-F=-kx=28.5k(2-1)又由于直徑為90mm的重量為7kg，要使刀具在夾緊力的作用下不掉下去。摩擦力就必須大于重力。由于這里是鋼鐵的接觸，所以取摩擦系數(shù)u=0.12摩擦力f=Nu(2-2)上式中N為活動銷對刀具的壓力所以f=Nu>G(2-3)即：N>G/u=7*9.8/0.12=572N從上式我們可以得到活動銷對刀具的壓力大于572牛又由于活動銷對刀具的力是由于彈簧壓縮所產(chǎn)生的，所以P=N>572N(2-4)聯(lián)立（1）（4）二式可以得到P=N=28.5k>572N所以k=N/28.5>572/28.5=20.06N/mm取k=21N/mm4.活動銷的選取與驗證由于活動銷承受的壓力較大，所以選用45鋼（調(diào)質(zhì)）活動銷的受力圖如下如圖：N’是刀具對活動銷的支撐反力N’=P=kx=21N/mm*28.5mm=598.5Nf’是由于摩擦的結(jié)果是由于活動銷阻止刀具下掉掉力的作用反力，與f的方向相反。即方向向上大小為：f’=f=Nu=598.5N*0.12=70.14NF’為彈簧對活動銷的作用力F’=-kx=598.5NF1是由固定活動銷的外壁產(chǎn)生的，用來限制活動銷向下的運動、向上的運動、轉(zhuǎn)動等5個自由度的。由于這個物體（活動銷）在力的作用下平衡，根據(jù)力的作用力與反作用原理，可得：F’=N’F1=f’所以得到：F1=f’=70.14N且要與f’的方向相反，因此方向向上。對X軸方向，活動銷受到F’與N’這對力的同時作用所以產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力為所以(2-5)確定上式中各個參數(shù)值：1）由于材料為45鋼，所一許用應(yīng)力為58Mpa2）Fn=N’=f’=598.5N所以（2-5）式中又因為（2-6）所以（2-7）即：所以取d=12mm又由于活動銷還受到剪的作用，所以：（2-8）由（6）（8）二式我們可以得到如下的公式：（2-9）確定上式中的各個參數(shù)值：1）45鋼的許用剪應(yīng)力為2）剪切力Fbs=f’=598.5N所以（9）式可以計算為：3.56mm（2-10）由（7）與（10）得到的d綜合得取d=12mm下面來確定銷的長度由于在F1和f’的作用下會產(chǎn)生一個力距M大小為M=F1L（2-11）上式中的L為活動銷的長度在M的作用下活動銷要彎曲，在它的2個端點彎距最大為M=F1L所以彎曲應(yīng)力為（2-12）上式中W為抗彎截面系數(shù)由于截面為圓形所以W=所以（2-13）由于45鋼的彎曲應(yīng)力為40Mpa所以（2-14）即所以,由上式得145mm根據(jù)銷的系列與上式所計算的長度，取l=112mm所以活動銷就確定了為5．鎖緊銷的選取與驗證由于鎖緊銷的要求沒有活動銷高，聯(lián)想到它的使用狀況，所以選用20鋼它的剪應(yīng)力所以（2-15）（2-16）（2-17）由（15）（16）（17）式可以得到取d=7mm根據(jù)銷的系列選取長度為40mm的銷所以銷的類別為7*402.5機械手其它零件以及尺寸的確定2.5.1.螺栓的確定機械手的手部是通過螺栓連接在手腕上面的，又因為手部與手腕的結(jié)合要能精確的固定相對位置，所以選用普通螺栓來連接。我這里采用了3螺栓組成螺栓組來連接的現(xiàn)在對這3螺栓進(jìn)行受力分析這3個螺栓同時受到力F=598.5以及力矩M=FL作用由于這些螺栓都采用的是普通螺栓所以各個螺栓的受力分別為F’=1）下面我對其中的一個螺栓進(jìn)行驗證（2-18）上式中F為接合面的摩擦系數(shù)i為接合面數(shù)，這里接合面數(shù)為2，所以i=2為防滑系數(shù)1.3，這里取=1.2由于接觸表面的表面狀況為干燥的表面，所以取f=0.1所以（18）式可以如下計算又因為螺栓危險截面的拉伸條件公式：（2-19）由于螺栓的材料為中碳鋼，所以它的許用拉伸應(yīng)=43Mpa所以（19）式可以如下計算：=6.2mm由于我只是大概的計算，所以實際取螺栓值的時候取大一點我們?nèi)=14mm所以采用M14這種螺栓關(guān)于螺栓的排布，我采用如下的方式：圖2-2螺栓的排列下面，我們來確定這些螺栓在機械手中的位置右邊第一個螺栓它離下底面的距離為到右端面的距離右邊第二個螺栓它離下底面的距離為到右端面的距離右邊第三個螺栓它離下底面的距離為到右端面的距離2.5.2.其它尺寸的確定機械手的手腕部分我選用20碳鋼它的厚度為30mm，它的寬度為80mm，它的整個長度為640mm其中機械手中心到手腕外的距離為2592.5.3軸與機械手配合部分的直徑的確定1）材料的確定由于軸是重要的零件所以選用45鋼2）按扭轉(zhuǎn)強度來計算軸徑在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用下面的這個公式來初步估算軸徑(2-20)上式中為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MpaT為軸所承受的扭距，單位為N.mm為軸的抗扭截面系數(shù),單位為P為軸所傳遞的功單位為kWD為計算截面處的直徑,單位為mm為許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,單位為Mpa由上式可以得到軸的直徑為:(2-21)確定上式的值:(1)確定查表得=126103,這里取=110(2)確定轉(zhuǎn)速n因為在MV-810/A中,換刀時間為2.5s,整個過程有10個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間s而機械手在交換刀具的時候轉(zhuǎn)過180度的時間也為0.25s,所以在這個時候,它的轉(zhuǎn)速最大,我們只要用最大轉(zhuǎn)速去計算軸徑就好了因為軸轉(zhuǎn)過180度的時間為0.25s,所以轉(zhuǎn)過一周所用的時間為0.5s所轉(zhuǎn)速就為(3)P的確定由于所產(chǎn)生的功主要是用來使機械手轉(zhuǎn)動在轉(zhuǎn)180度的時候p最大,p=M其中M=FL我們?nèi)的最大值為598.5N,而L的值我們在前面已經(jīng)確定了為320mm所以M=FL=598.5N而rad/s所以p=M=192.5所以(21)式可以表示為:我們?nèi)=30mm根據(jù)花鍵系列選擇：d=28mm關(guān)于軸與機械手的連接:軸與機械手連接采用花鍵2.5.4液壓泵的選擇根據(jù)實踐，主軸夾緊松開所用的液壓缸所需的流量最大，因此，這里只需計算主軸夾緊松開的液壓缸的流量即可。主軸夾緊松開[6]：自動換刀裝置的整個換刀過程所需的時間,共有10個動作，則每個動作的時間平均為=即主軸松開刀具的時間為0.25查手冊得每個碟形彈簧厚度，自由高度H=根據(jù)設(shè)計共有22個彈簧組成每個蝶形彈簧的極限行程則一組蝶形彈簧的極限行程為速度（1）拉釘松開刀具：進(jìn)油口油腔的面積：S==油缸的容積效率~則此時液壓缸的流量為（2）拉釘夾緊刀具：進(jìn)油口油腔的面積：則此時液壓缸的流量為比較（1）、（2）兩者的計算結(jié)果，取齒輪液壓泵的容積效率，總效率刀盤的轉(zhuǎn)速為螺桿液壓泵的排量第三章驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計3.1轉(zhuǎn)位機構(gòu)的設(shè)計在整個運動的過程中,轉(zhuǎn)位有3次,第一是機械手轉(zhuǎn)過75度,第二次是機械手轉(zhuǎn)過180度,第三次是機械手反向到原來的位置.這些轉(zhuǎn)位機構(gòu)主要是由齒輪齒條機構(gòu)來實現(xiàn)的,它們的動力源來自于液壓缸,對液壓港通入一定的壓力油,使活塞向預(yù)定的方向運動齒輪條是與活塞桿是做成一體的.采用不同行程的液壓缸就可以實現(xiàn)不同角度的轉(zhuǎn)動了。3.1.1．機械手轉(zhuǎn)過75度的驅(qū)動機構(gòu)這個機構(gòu)由一般個液壓缸、齒輪條、齒輪以及連接盤、連桿組成的，當(dāng)發(fā)出機械手抓刀的信號時，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動著齒輪條向前移動，使得齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動的時候，帶動連接盤與連桿轉(zhuǎn)動，而連桿通過花鍵連在機械手上，所以當(dāng)活塞通入壓力油的時候，機械手就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。1）下面我們首先來選擇與計算液壓缸由于機械手的整個換刀時間為2.5s整個過程有10個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間s即：機械手轉(zhuǎn)過75度的時間為0.25s取齒輪的齒數(shù)為60，模數(shù)為1.5，材料為60Cr,那么齒輪的分度圓直徑為d=mz=60齒輪的分度圓周長為S=所以齒輪轉(zhuǎn)過75度走過的距離L=因為齒輪齒條是配合的所以齒輪條在這個運動中也走過58.875mm活塞桿的速度為設(shè)液壓缸的溶積效魚為，這里取設(shè)液壓缸的額定流量為q所以（2-22）又（2-23）由上2式可以得到（2-24）因為q=0.8m/s所以（24）可以如下計算所以選擇d=35mm所以選擇液壓缸，它的行程為58.8mm，活塞的直徑為35mm。2.確定齒輪齒條機構(gòu)其它尺寸首先確定齒寬系數(shù)由于齒輪的二支承相對齒輪做對稱布置，所以取=1。由于（2-25）由于我都采用的是標(biāo)準(zhǔn)直齒輪（壓力角為20度）所以所以=90+2因為所以齒輪做成實心由于這個齒輪通過連桿與連接盤來傳遞運動的，所以齒輪做成如下的結(jié)構(gòu)：

圖3-1大齒輪的結(jié)構(gòu)其中取B1=30mm那么B2=91mm-30mm=61mm所以與活塞桿連接在一起的齒輪條的直徑就為35mm而齒輪條固定在一個滑槽中，滑槽的結(jié)構(gòu)如下：L1=10L2=20H=8L=80圖3-2固定與大齒輪配對的齒輪條的滑槽齒輪的齒距（分度圓）由于齒輪與齒輪條是配合一起運動的所以齒輪的齒距（分度圓）就是齒輪條的齒距（分度圓）即：由于液壓缸的行程l=58.875mm，所以齒輪條的齒輪數(shù)因為要留一些距離，還有齒輪與齒輪條的齒輪數(shù)互為質(zhì)數(shù)，所以取齒輪條的齒輪數(shù)為z=15。3．與齒輪齒條一起運動的零件以及尺寸的確定1）連接盤的尺寸的確定D1=50mmD2=70mmD3=90mmD4=130mmL1=20mmL2=40mmL3=61mmL4=11mmd=6mm連接盤是空套在齒輪上面的，2）傳動盤以及尺寸的確定D1=40mmD2=60mmD3=70mmL1=10mmL2=30mm孔的直徑d1=6mm圖3-4傳動盤3)把傳動盤與連桿（軸）連接起來的花鍵的確定D1=40mmD2=26mmH=10mm圖3-5花鍵3.1.2.機械手轉(zhuǎn)過180度的驅(qū)動機構(gòu)這個機構(gòu)由一般個液壓缸、齒輪條、齒輪以及連桿組成的，當(dāng)發(fā)出機械手交換刀具的信號時，液壓缸的后腔就通入壓力油，活塞桿推動著齒輪條向前移動，使得齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動的時候，帶動連桿轉(zhuǎn)動，而連桿通過花鍵連在機械手上，所以當(dāng)活塞通入壓力油的時候，機械手就相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。1）下面我們首先來選擇與計算液壓缸由于機械手的整個換刀時間為2.5s整個過程有10個動作,按每個動作的時間相等來計算所以每個動作的時間s即：機械手轉(zhuǎn)過180間為0.25s取齒輪的齒數(shù)為48,模數(shù)為1.5，材料為60Cr,那么齒輪的分度員直徑為d=mz=齒輪的分度圓周長為S=所以齒輪轉(zhuǎn)過180度所走的距離L=因為齒輪齒條是配合的所以齒輪條在這個運動中也走過113.04mm活塞桿的速度為設(shè)液壓缸的溶積效魚為，這里取設(shè)液壓缸的額定流量為q所以（2-26）又（2-27）由上2式可以得到（2-28）因為q=0.8m/s所以（28）式如下計算所以選擇d=30m所以選擇液壓缸，它的行程為113.04mm,直徑為30mm。2.確定齒輪齒條機構(gòu)其它尺寸首先確定齒寬系數(shù)由于齒輪的二支承相對齒輪做對稱布置，所以取=1。由于（2-25）由于我都采用的是標(biāo)準(zhǔn)直齒輪（壓力角為20度）所以所以=72+因為所以齒輪做成實心由于這個齒輪通過連桿與連接盤來傳遞運動的，所以齒輪做成如下的結(jié)構(gòu)：圖3-6小齒輪其中取B1=25mm那么B2=72-25=47mm所以與活塞桿連接在一起的齒輪條的直徑就為30mm而齒輪條固定在一個滑槽中，滑槽的結(jié)構(gòu)如下：h1=10L1=20L2=40L3=80L4=125L5=20圖3-7固定與小齒輪一起配對的齒輪條齒輪的齒距（分度圓）由于齒輪與齒輪條是配合一起運動的所以齒輪的齒距（分度圓）就是齒輪條的齒距（分度圓）即：由于液壓缸的行程l=112.04mm，所以齒輪條的齒數(shù)因為要留一些距離，還有齒輪與齒輪條的齒輪數(shù)互為質(zhì)數(shù)，所以取齒輪條的齒輪數(shù)為z=273.2驅(qū)動機構(gòu)其它零件的設(shè)計在前2節(jié)中，已經(jīng)對轉(zhuǎn)位機構(gòu)做了設(shè)計，但是要完成整個運動還需要插拔刀具的運動，這就需要設(shè)計一個機構(gòu)來完成插拔刀具的功能。在這個機械手中，只要給機械手一個z軸方向的運動即可。由于機械手的的初使位置與在夾刀具的位置有些不同，這就需要使機械手從初使位置運動到夾刀具的位置，在z軸方向的距離為100mm。為了完成這個動作，我選用了一個液壓缸來實現(xiàn)。原理如下：當(dāng)需要夾刀具的時候，液壓缸的下腔通入壓力油，使液壓缸的活塞向上運動，把機械手帶到夾刀具與拔刀具的位置，完成這個動作以后，就要拔刀具了，這個時候液壓缸的上腔通入壓力油，使得活塞向下運動。只要選擇合適的液壓缸的行程就可以達(dá)到預(yù)定的位置。3.2.1.液壓缸的選擇由于機械手的初始位置與開始工作位置（拔插刀具的位置）的距離l=100mm，而這個距離，在運動中是依靠液壓缸的，所以液壓缸的行程就為100mm。另外我選用活塞直徑為d=30mm，所以液壓缸的規(guī)格就為100mm。3.液壓缸以及連接零件尺寸的確定L1=30mmL2=50mmL3=60L4=95D1=30mmD2=40mmS1=25mmS2=10mmS3=5mm圖3-8與大液壓缸連接的部分機械結(jié)構(gòu)3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計在前面的章節(jié)中，已經(jīng)初選定了軸的最小直徑，它為d=28mm，且軸的材料也已經(jīng)選定了為45鋼，選擇45鋼的理由：碳鋼相對與合金鋼來說價格便宜，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理來提高其耐磨性和抗疲勞強度。而45鋼在碳鋼中是性能比較優(yōu)良的一種，所以選用45鋼為軸的材料。下面我們就來對軸做一些結(jié)構(gòu)設(shè)計3.3.1.擬定軸上零件的裝配方案本設(shè)計中按照下面的方案來裝配圖3-9軸上零件的裝配方案3.3.2.確定軸的各段直徑與長度1）為了定位右邊的齒輪就必須在軸的右端制出一軸肩，故取右端的直徑為，由于齒輪的長為80mm，還加上這個結(jié)構(gòu)，齒輪不是空套在軸上的，而是通過連接盤、傳動盤來把運動傳遞給軸的，所以，段接連接盤與傳動盤，長度為，段的下面由于是靠花鍵定位，所以不需要在軸上做一些處理。而。因為VII端是與小齒輪相連接的，它的上面VI端采用軸肩定位，所以，。而小齒輪是空套在軸上面的，所以與小齒輪空套的軸的直徑為，，另外我取，。2）初選滾動軸承因為軸同時受到徑向力與軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，參照工作要求，并根據(jù)由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級的角接觸球軸承70306C。所以軸的總長為3）確定軸上圓角與倒角尺寸取軸端的倒角尺寸為2，各軸肩的圓角尺寸為R0.5對于軸的校核，我就不做說明了。軸的工作圖如下：圖3-10軸的結(jié)構(gòu)圖3.4主軸的自動夾緊機構(gòu)以及主軸準(zhǔn)停裝置的設(shè)計3.4.1 主軸結(jié)構(gòu)主軸的前支承配置了三個高精度的角接觸球軸承，用以承受徑向載荷和軸向載荷，前兩個軸承大口朝下，后面一個軸承大口朝上。前支承按預(yù)加載荷計算的預(yù)緊量由螺母來調(diào)整。后支承為一對小口相對配置的角接觸球軸承，它們只承受徑向載荷，因此軸承外圈不需要定位。該主軸選擇的軸承類型和配置形式，能滿足主軸高轉(zhuǎn)速和承受較大軸向在乎的要求，主軸受熱變形向后伸長，不影響加工精度。3.4.2 刀具的自動夾緊機構(gòu)主軸內(nèi)部和后端安裝的是刀具自動夾緊機構(gòu)。它主要由拉桿、拉桿端部的四個鋼球、蝶形彈簧、活塞、液壓缸等組成。機床執(zhí)行換刀指令，機械手要從主軸拔刀時，主軸需松開刀具。這時液壓缸上腔通壓力油，活塞推動拉桿向下移動，使碟形彈簧壓縮，鋼球進(jìn)入主軸錐孔上端的糟內(nèi)、刀柄尾部的拉釘（拉緊刀具用）被松開，機械手即可拔刀。之后，壓縮空氣進(jìn)入活塞和拉桿的中孔，吹凈主軸錐孔，為裝入新刀具做好準(zhǔn)備。當(dāng)機械手將下一把刀具插入主軸后，液壓缸上腔無油壓，在碟形彈簧和彈簧的恢復(fù)力作用下，使拉桿、鋼球和活塞退回到圖示的位置，即碟形彈簧通過拉桿和鋼球拉緊刀柄尾部的拉釘，使刀具被夾緊。3.4.3 主軸準(zhǔn)停裝置機床的切削扭矩由主軸上的端面鍵來傳遞，每次機械手自動裝取刀具時，必須保證刀柄上的鍵糟對準(zhǔn)主軸的端面鍵，這就要求主軸具有準(zhǔn)確定位的功能。為滿足主軸這一功能而設(shè)計的正好子稱為主軸準(zhǔn)停裝置或稱為主軸定向裝置。本機床采用的是電氣式主軸準(zhǔn)停裝置，即用磁力傳感器檢測定向。如圖2-7所示，主軸8的尾部安裝有發(fā)磁體9，它隨主軸轉(zhuǎn)動，在距發(fā)磁體外緣1-2mm處，固定了一個磁傳感器10，它經(jīng)過放大器11與主軸伺服單元3連接。主軸定向的指令1發(fā)出后，主軸便處于定向狀態(tài)，當(dāng)發(fā)磁體的上判別孔轉(zhuǎn)到對準(zhǔn)磁傳感器上的基準(zhǔn)糟時，主軸立即停止。圖3-11主軸準(zhǔn)停裝置的原理圖圖中5為電動機與主軸之間的同步齒形帶，4為主軸電動機，2為強電時序電路，7為主軸端面鍵，6是位置控制回路，12是定向電路。3.5換刀裝置的液壓機構(gòu)分析3.5.1 液壓分析如圖3-3所示，液壓缸1是實現(xiàn)機械手的正反轉(zhuǎn)75°運動，液壓缸2是實現(xiàn)機械手正反轉(zhuǎn)180°運動，液壓缸3是實現(xiàn)機械手拔刀、插刀運動，液壓缸4是實現(xiàn)主軸的夾緊、松開動作。這里活塞桿活動，液壓缸固定。當(dāng)行程開關(guān)10發(fā)出抓刀信號后，機械手要順時針轉(zhuǎn)動75°，這時，電磁鐵SDL-1接通，其余電磁鐵處于斷開狀態(tài)，油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥1調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥1調(diào)速，由三位四通閥1傳到液壓缸1的上腔，推動活塞桿下移，油從下腔流回油缸，實現(xiàn)了機械手正轉(zhuǎn)75°的動作。當(dāng)機械手順時針轉(zhuǎn)過75゜后，行程開關(guān)2發(fā)出信號，刀柄尾部的拉釘要松開刀具，這時電磁鐵SDL-7接通，電磁鐵SDL-1斷開，其余的仍處于斷開狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥2調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥4傳到液壓缸4的上腔，推動活塞桿下移，油從下腔流回油缸，實現(xiàn)了主軸的松開動作。當(dāng)主軸松開刀具后，行程開關(guān)8發(fā)出信號，這時電磁鐵SDL-5接通，電磁鐵SDL-7斷開，其余的處于斷開狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥1調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥3傳到液壓缸3的上腔，推動活塞桿下移，油從下腔流回油缸，這個動作使得機械手實現(xiàn)拔刀動作。當(dāng)機械手拔出刀后，行程開關(guān)6發(fā)出信號，機械手要帶著刀具轉(zhuǎn)過180°，這時電磁鐵SDL-3接通，電磁鐵SDL-5斷開，其余的處于斷開狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥1調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥2傳到液壓缸2的上腔，推動活塞桿下移，油從下腔流回油缸，這樣就實現(xiàn)了機械正轉(zhuǎn)180°的動作。當(dāng)機械手轉(zhuǎn)過180゜后，行程開關(guān)4發(fā)出信號，機械手要進(jìn)行插刀動作，這時電磁鐵SDL-6接通，電磁鐵SDL-3斷開，其余的處于斷開狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥1調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥3傳到液壓缸3的下腔，推動活塞桿上移，油從上腔流回油缸，這時完成了機械手的插刀動作。當(dāng)插刀動作完成后，行程開關(guān)5發(fā)出信號，刀柄底部的拉釘要夾緊換好的刀具。這時電磁鐵SDL-8接通，電磁鐵SDL-6斷開，其余的處于斷開狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥2調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥4傳到液壓缸4的下腔，推動活塞桿上移，油從上腔流回油缸，這樣就實現(xiàn)了主軸的夾緊動作。主軸夾緊刀具，位置開關(guān)7發(fā)出信號，這時電磁鐵SDL-4接通，電磁鐵SDL-8斷開，其余的處于斷開狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥1調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥2傳到液壓缸2的下腔，推動活塞桿上移，油從上腔流回油缸，此時機械手完成了轉(zhuǎn)180゜的動作。機械手轉(zhuǎn)過180゜后，位置開關(guān)3發(fā)出信號，這時電磁鐵SDL-2接通，電磁鐵SDL-4斷開，其余的處于斷開狀態(tài)。油從泵出發(fā)，經(jīng)過單向閥，受溢流閥1調(diào)壓后，經(jīng)調(diào)速閥1傳到液壓缸1的下腔，推動活塞桿上移，油從上腔流回油缸，機械手反轉(zhuǎn)75゜，回到原位。這樣就完成了整個液壓控制過程。圖3-12液壓系統(tǒng)圖3.5.2 換刀動作順序表表3-1為換刀動作順序表，SDL-1、SDL-2、SDL-3、SDL-4、SDL-5、SDL-6、SDL-7、SDL-8為電磁鐵，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4、SQ5、SQ6、SQ7、SQ8為行程開關(guān)?！?”表示電磁鐵接通或壓下行程開關(guān)?？崭癖硎倦姶盆F斷開或未壓下行程開關(guān)。表3-1SDL1SDL2SDL3SDL4SDL5SDL6SDL7SDL8SQ1SQ2SQ3SQ4SQ5SQ6SQ7SQ8刀套下轉(zhuǎn)90°+機械手轉(zhuǎn)75°（順時針）++刀具松開++機械手拔刀++交換刀具位置++機械手插刀++刀具夾緊++機械手轉(zhuǎn)180°++機械手反轉(zhuǎn)75°++

第四章 PLC控制分析PC實質(zhì)上是一種工業(yè)控制用的專用計算機，它是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成的。硬件系統(tǒng)由主機、I/O擴展機及外部設(shè)備組成，主機和擴展機內(nèi)部由運算器、控制器、存儲器、輸入單元、輸出單元以及接口等組成。軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)程序、用戶程序組成。根據(jù)第三章的換刀動作分析和液壓系統(tǒng)分析，得到自動換刀裝置的PLC端口圖如4-1所示。左邊部分為輸入信號，右邊為輸出信號。圖4-1端口連接圖2.由端口圖及換刀動作可編制梯形圖4-2如下：圖4-2PLC梯形圖從上面的梯形圖可編得如下程序：0LD10001OR20002ANDNOT20103ANDNOT10014ANDNOT20015OUT20006LD10017ANDNOT10028ANDNOT20029OUT200110LD100211ANDNOT100312ANDNOT200313OUT200214LD100215AND100316ANDNOT100417ANDNOT200418OUT200319LD100420ANDNOT100521ANDNOT200522OUT200423LD100524ANDNOT100625ANDNOT200626OUT200527LD100628AND100729ANDNOT200730OUT200631LD100632AND100733ANDNOT100834ANDNOT200835OUT200736LD100837ANDNOT100938ANDNOT200939OUT200840LD200941ANDNOT101042ANDNOT200043OUT200944LD100945AND100746OUT201047LD101048OUT2011

小結(jié)大學(xué)四年就過去了，雖然依依不舍，但還是要離開。畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)最后一次練兵，也是與老師們接觸的不多機會?，F(xiàn)在畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成。從中我學(xué)到了很多，從材料力學(xué)到機械設(shè)計，從液壓到PLC，自己的能力有了一個很大的提高。我認(rèn)識了自己的很多不足之處，也對自己學(xué)習(xí)過的知識溫習(xí)了一遍。我這次做的題目是自動換刀機械手的設(shè)計，選擇的是對加工中心的自動換刀裝置進(jìn)行設(shè)計。我做的主要工作有：查閱相關(guān)資料、對正文部分機械手以及它的驅(qū)動控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。在驅(qū)動部分的設(shè)計時候，我遇到一些問題，不知道選用什么樣的機構(gòu)來使機械手轉(zhuǎn)過一定的角度，最后在老師的啟蒙下才想到了用齒輪齒條的方法。選用一定行程的液壓缸與相應(yīng)的齒輪機構(gòu)就可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)位。以前我對CAD畫復(fù)雜的圖有一定的恐懼感，通過這次設(shè)計我已經(jīng)克服了。我的指導(dǎo)老師是程俊蘭老師。在這里，我對程老師多次對我的教誨表示非常的感謝！同時對以前教誨我的老師也要說聲謝謝！感謝你們的教誨。參考文獻(xiàn)[1]廉元國，張永洪編著.加工中心設(shè)計與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，1995[2]杜君文主編.機械制造技術(shù)裝備及設(shè)計.天津：天津大學(xué)出版社，1998.8[3]徐灝主編.機械設(shè)計手冊（第三卷）.北京：機械工業(yè)出版社，1991.9[4]徐灝主編.機械設(shè)計手冊（第四卷）.北京：機械工業(yè)出版社，1991.9[5]董獻(xiàn)坤主編.數(shù)控機床結(jié)構(gòu)與編程.北京：機械工業(yè)出版社，1997.8[6]許福鈴，陳堯明等主編.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，2000.5[7]《機械設(shè)計手冊》聯(lián)合編寫組編.機械設(shè)計手冊.下冊.北京：石油化學(xué)工業(yè)出版社，1978.9[8]楊長能，張興毅編著.可編程序控制器（PC）基礎(chǔ)及應(yīng)用.重慶：重慶大學(xué)出版社，1993.1[9]濮良貴，紀(jì)名剛主編.機械設(shè)計.北京：高等教育出版社，2001[10]汪曉光、孫曉英等編著.可編程控制器原理及應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2001.8[11]章宏甲、黃誼、王積偉編著.液壓與氣壓傳動.北京：機械工業(yè)出版社，1998[12]杜君文主編.機械制造技術(shù)裝備及設(shè)計.天津：天津大學(xué)出版社，1998[13]王知行、劉適茸主編.機械原理.北京：高等教育出版社1999[14]劉鴻文主編.材料力學(xué).第四版.北京：高等教育出版社2004[15]馮之敬主編.機械制造工程原理北京：清華大學(xué)出版社1998[16]羅學(xué)科謝富春.數(shù)控原理與數(shù)控機床.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2000目錄第一章可行性研究報告概述 11.1項目名稱 11.2項目承擔(dān)單位 11.3項目建設(shè)地點 11.4可研報告編制單位 11.5項目概述及主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo) 1第二章編制目的、依據(jù)、原則和范圍 52.1編制目的 52.2編制依據(jù) 52.3編制原則 52.4可行性研究的范圍 6第三章建設(shè)的必要性 73.1符合國家“十一五”規(guī)劃綱要和循環(huán)經(jīng)濟要求